国家电投王伟博士：高效铜栅线晶体硅异质结光伏电池研究及量产技术_应用案例

国家电投王伟博士：高效铜栅线晶体硅异质结光伏电池研究及量产技术

发表时间：2024-06-22 19:07:04 来源：应用案例

（原标题：国家电投王伟博士：高效铜栅线晶体硅异质结光伏电池研究及量产技术）

国电投集团光伏技术首席科学家、国电投新能源科技有限公司的CTO王伟博士，在SNEC会议上发表“高效铜栅线晶体硅异质结光伏电池研究及量产技术”的主题演讲。

他首先强调了研究铜栅线异质结电池的动机：铜代替银的技术优势以及异质结技术的潜力。铜不仅成本低（仅为银的1%），而且电阻率也低，有助于提高电池效率。此外，随着全球光伏产业对银的需求持续增长，银的有限产量和不断上涨的价格使得寻找替代品变得迫切。

王伟博士详细解释了铜栅线异质结电池的优势，包括高效率、低成本和高质量。他提到，通过采用铜栅线，能够大大减少栅线宽度，由此减少遮光面积并提高电池效率。此外，铜的电阻率低于银浆，逐步提升了效率。同时，新的铜镀膜工艺提供了良好的接触截面，增强了栅线和晶硅的接触强度，提高了可靠性和机械性能。

在介绍产业高质量发展情况时，王伟博士指出，他们的技术主要借鉴了半导体产业中的铜金属化技术，并经过改进以适应太阳能产业的需求。该技术包括图形化、铜层级和后处理三个主要步骤。目前，他们已经在温州龙港建立了300兆瓦的铜栅线异质结电池生产线，并计划进一步提高产能和效率。

最后，王伟博士对铜栅线异质结电池技术的未来发展表示乐观，认为它是晶硅技术的“皇冠上的明珠”，有助于中国在光伏制造业保持领先地位，并为全球气候目标作出贡献。

尊敬的各位嘉宾，大家上午好！非常荣幸有机会参加这次大会，我今天给大家的演讲内容就是两方面，一个就是要回答一个问题，我们为什么要做铜栅线异质结电池，铜栅线异质结代替银或者无银化有什么技术优势？这方面我想在座的各位同行做过光伏有经验的专家肯定会有一些明显的答案，我相信我在这里面会给大家提出一些大家没有想到的，铜代替银的技术优势，这是我的第一方面的内容。第二方面，铜可以代替银不是简单的材料的代替，意味着整个工艺上的一些变化，我要介绍一下如何实现这个工艺。如果大家有问题欢迎大家参加我们明天的铜栅线异质结产品组件发布会。

首先介绍一下国电投集团，光伏行业的专家可能比较了解我们国电投，央企、能源发电企业的基本情况，我们在新能源特别是光伏在中国乃至全世界都是举足轻重的地位，我们国电投集团一个大胆的研发决定是16年、17年决定做C—HJT电池技术的量产技术研发，大家可以想象在16、17年那个时代，七年前那个时候整个光伏还是各种技术不明朗，包括PERC、TopCon还没有完全进行量产，国电投依然决定把铜栅线异质结电池技术作为一个研发方向，就是看准了异质结技术的优势，加上铜的成本优势，必定会成为光伏或者晶硅光伏技术发展最顶尖技术。

下面介绍一下我们的新能源公司的发展历程，基本上有两个阶段，第一个阶段就是在国家电投集团的支持下，一个研发项目，做量产的C—HJT光伏技术研发。第二阶段就是我们今天希望跟大家分享的把这个技术进行产业化。

这是我们新能源公司的第一个100兆瓦的铜栅线异质结电池生产研发基地，建在南昌高新区，这些设备大家现在已经看不着了，这些都是进口的设备，包括世界各地，从美国、欧洲、德国、香港全套的百兆瓦的铜栅线异质结开发技术，这套设备，这个研发中心至今还在继续运营，为我们公司在铜栅线异质结研究做出新的贡献。

第一个量产基地落地在温州龙港，温州大家都知道，龙港大家不一定听说过，欢迎大家去进行参观，一期5吉瓦光伏组件已经建成投入量产，包括一条银栅线异质结生产基地，同时包括一条300兆瓦的铜栅线量产，全部国产化设备的生产线。

下面介绍一下光伏前景，刚才Puzant Baliozian讲到75TW，我做梦都没有看到情况，现在虽然光伏是内卷的时期，竞争激烈的时候，这个时候我们更要在困难的时候看到前途，看到光明。光明的前途是啥？我们大概23年的光伏装机是1.5TW，2030年五六年内这个需求在乐观情况下我们需要3倍—4倍，这个增长空间是非常大的，大家还是要有信心继续从事光伏行业。

异质结结合铜栅线是我们的前途，是最有光明前景的晶硅技术，为什么这么讲？左边这张图是N型技术取代P型PERC作为主流技术，N型技术里面有TopCon和异质结，异质结在这里面使组沿产能扩大，右边这张化是基础化的趋势，包括银栅线、铜栅线，铜栅线这里面的黄色大家可以看到是一个发展前途。

我重点讲一下铜栅线异质结技术优势。我们光伏的永恒定律就是我们要提效降本，但是在降本过程当中，特别是在异质结在降本过程当中，我们现在结合银包铜，用无银靶材，这些降本技术都有一定的缺陷，因为银包铜的电阻率要比纯银要高，所以会影响电池的发电效率。第二点，当然他的可靠性有待验证，用无银靶材降本，能够降低成本，但是它也有带来效率降低的影响。作为铜来代替银，它的优势是能够降本的同时提高效率，这是我刚才提到的第一个问题，如果用铜来代替银浆，大家可能马上想到会降低成本，铜的成本优势大家毋庸置疑，大概只有银的1%，银价超过8000每公斤，历史上来看银价最高的是现在的2—3倍，全球光伏在银的用量里面已经占了10%左右，整个银的生产量一年大概只有3万吨，光伏已经有3000多吨，银矿没有单独的银矿，他是其他技术的一个辅助，所以他的产能是非常有限的，为了实现光伏可持续发展，所以我们走去无银化，用铜代替银这是一条必经之路。当然还有其他优势，比如说电学优势，我们知道铜要跟纯银来比它俩电阻率相当，但是在光伏用的过程当中用的是银浆料，电阻率要远远大于铜，铜是1.8，所以会带来效率的提升。

下面主要介绍技术优势，我刚才讲了从几个方面来跟大家讲技术优势或者综合优势，我总结起来就是用铜代替银浆做异质结会有高效率、低成本、高质量，由几种因素决定，不仅仅是材料本身的特性决定，还有就是新的工艺会增加一些新的特性，有助于效率的提升。为什么效率能够提高？最简单的就是我的工艺栅线做的比较窄，减少折光面积，铜栅线和银栅线的区别，铜我可以做成一堵墙，节省了折光面积，就增加了电池的发电效率。第二个就是纯铜的电阻率比银浆要低。还有很重要的一点，就是接触电阻会有变化，相当于在异质结电池上虽然接触是金属，本身也是一种导体和半导体之间的接触，银浆是从印刷过程，在实温下，在大气环境下的低温固化产生的截面，但是我这个铜用的工艺里面在真空下的镀膜，同时真空高温就具有很好的截面很好的接触，所以接触电阻低，他的电阻率接触电阻低，所以铜有效率的优势。因为是有很好的接触截面，意味着我这个栅线和晶硅的接触拉脱力机械性能更强，就意味着拉脱力高，可靠性也增加，所以我为什么今天在这儿讲，我这个有高质量的优势，后面还有更多的数据给大家。

这是栅线的宽度，今天我们在量产线微米的栅线宽度，在南昌实验室里我们研发成功15微米的栅线微米甚至更窄，就意味着更有力的提高技术，因为我们用的功率技术是借鉴于半导体的技术，可以做到5纳米、3纳米，就意味着将来的潜力很大，如果真正做到几纳米的技术，就没有多少折光面积，真正做到几纳米，可能要考虑成本、量产性方面，这只是举一个极端的例子。

为什么可靠性好？从根本性原理是因为我的铜的制造工艺很好的截面，更好的机械性能，更好的反映到我的宏观上就是栅线拉脱力，把栅线拉开后测之间的结合率，表明它俩的强度也是反映了它的长期适用下的可靠性。做一个比较，就是铜和银拉脱力的比较，下面是测试数据，特别是我们做完后也在不同温度下做了一个退火，因为我们光伏组件30年的使用寿命，白天晚上不同温度的循环，我想它的要求是非常苛刻的，我就把两种情况做了一个比较，大家可以看出明显的优势，铜的拉脱力更好。铜栅线跟异质结结合后，拉脱后，把TOC拉掉了，直接的截面是硅的表面露出来，但是在银浆的情况下基本上都是它跟TOC和浆料之间的形成截面，这也说明我这个工艺相当于结合力要远远高于传统的银浆技术。

这个是组件的可靠性，刚才都是讲了电池端的优越性，做成组件以后怎么样，这是我们实际做的各种标准的RCE测试，都是没有问题的通过。还有一个优势，银浆如果出现断裂他就比较脆，当中可能就断开了，但是铜做成后的栅线是一根线，我要拉开整个是一条线，这种情况下抗断裂的情况发电铜栅线做成的电池就更有优势，同时它有更好的抗热斑效应。这是我们的一些实验结果，同样的电池用银栅做成的组件和银栅做成的组件，银栅因为它的栅线断裂后，接触电阻增加，热斑效应温度升高。

下面是一些效率认证，包括组件和电池，用铜栅线做成的组件在我们实验室里做到26.5%，组件功率大概750瓦。

这是我们的一些认证实证基地数据，包括各种场景下的。这是发电量对比。这个是我们在一个屋顶的光伏电站铜栅和银栅做的一个对比，这个数据还在做继续的分析，从数据可以看出来同样的组件，单瓦铜栅有1%的增益，具体是落光效应还是更多的双面率，我们还在做一些研究。

下面给大家介绍C—HJT产业发展状况。我们比较幸运的是什么？在半导体产业上，大概十五年前已经做了铜的金属化，我们的太阳能基本上借鉴半导体的技术，结合着太阳能产业的要求发展出这一套技术，主要分大概三步，包括图形化、同层级、后处理。每一步给大家做一个简单介绍，第一步就是做铜的种子层，这个工艺里面一个核心关键就是这个栅线跟下面的底子膜的接触如何做好种子层，关系到接触电子，关系到结合力，关系到组件的稳定性。第二个就是图形化技术，我们做光伏电池的微米级的技术在国内有多家企业能够做，而且有不同的技术能够实现一定的量产，但是在这里面有一定的优劣势，我们认为这个背投技术应该是最适合大规模高产能的光伏制造。除此之外，我刚才说了铜的层级，也有不同的方法，这里面层级技术非常成熟，需要解决的问题就是自动化、大产能。

这是我们公司整个技术发展路线，我们希望在短期内把量产的铜栅线兆瓦，最后过渡到钙钛矿叠层，超过29%以上的效率。

我坚信我们的铜加上异质结是晶硅技术的皇冠上的明珠，我们通过这个技术继续降低成本，保持中国在光伏制造业的领头羊，也为联合国气候目标做出新的贡献，谢谢。

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